Question

鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成一個產(chǎn)業(yè)鏈（如圖所示），將大大提高資源的利用率，減少環(huán)境污染．

請回答下列問題：
（1）Ti的原子序數(shù)為22，Ti位于元素周期表中第

 

周期，第

 

族．
（2）寫出鈦鐵礦在高溫下與焦炭經(jīng)氯化得到四氯化鈦的化學方程式

 

．
（3）制備TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂?xH₂O，再經(jīng)焙燒制得．水解時需加入大量的水并加熱，請結(jié)合化學方程式和必要的文字說明原因：

 

．
（4）由TiCl₄→Ti需要在Ar氣中進行的理由是

 

．反應后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，依據(jù)下表信息，需加熱的溫度略高于

 

℃即可．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

（5）由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①已知該反應在300℃時的化學平衡常數(shù)為0.27，該溫度下將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為2L的密閉容器中，此反應將

 

（填“向正反應方向進行”、“向逆反應方向進行”或“處于平衡狀態(tài)”）．
②若不考慮生產(chǎn)過程中物質(zhì)的任何損失，上述產(chǎn)業(yè)鏈中每合成6mol甲醇，至少需額外補充H₂

 

mol．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,元素周期表的結(jié)構(gòu)及其應用,化學平衡的影響因素,化學平衡的計算,常見金屬元素的單質(zhì)及其化合物的綜合應用

專題：元素周期律與元素周期表專題,化學平衡專題,元素及其化合物

分析：（1）Ti的原子序數(shù)為22，根據(jù)核外電子排布式確定在周期表中的位置；
（2）分析流程可知，鈦鐵礦經(jīng)氯化得到四氯化鈦、氯化鐵和一氧化碳，依據(jù)原子守恒配平書寫；
（3）發(fā)生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂?xH₂O+4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發(fā)，促使水解正向進行；
（4）在Ar氣中進行防止鈦、鎂被氧化；控制溫度使TiCl₄、Mg、MgCl₂轉(zhuǎn)化為蒸氣，Ti不融化；
（5）①計算濃度冪之積，與平衡常數(shù)相比較，可確定平衡移動方向；
②根據(jù)甲醇的物質(zhì)的量計算需要CO、H₂的物質(zhì)的量，根據(jù)n（CO）計算電解中生成的n（Cl₂），進而計算電解生成n（H₂），據(jù)此計算解答．

解答： 解：（1）Ti的原子序數(shù)為22，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，故處于第四周期第ⅣB族，
故答案為：四、ⅣB；
（2）從圖示可知氯化時的反應物為FeTiO₃、C、Cl₂，生成物為FeCl₃、TiCl₄、CO，再根據(jù)得失電子和原子守恒即可得出該反應的方程式為2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）發(fā)生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂?xH₂O+4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發(fā)，促使水解正向進行；
故答案為：發(fā)生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂?xH₂O+4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發(fā)，促使水解正向進行；
（4）在Ar氣中進行防止鈦、鎂被氧化；控制溫度使TiCl₄、Mg、MgCl₂轉(zhuǎn)化為蒸氣，Ti不熔化，故溫度略高于1412℃，
故答案為：防止鈦、鎂被氧化；1412；
（5）①該溫度下將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為2L的密閉容器中，此時c（CO）=1mol/L，c（H₂）=1.5mol/L，c（CH₃OH）=1mol/L，濃度商Qc=

1

1×1．52

=0.44，大于平衡常數(shù)0.27，故反應向逆反應進行，故答案為：逆向進行；
②由CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知，合成6mol甲醇需要n（CO）=6mol、n（H₂）=12mol．根據(jù)2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

FeCl₃+2TiCl₄+6CO可知，電解中生成的n（Cl₂）=

7

6

n（CO）=7mol，根據(jù)2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，電解生成n（H₂）=n（Cl₂）=7mol，故需額外補充H₂ 為12mol-7mol=5mol，
故答案為：5．

點評：本題屬于化學工藝流程題目，涉及結(jié)構(gòu)與位置關系、常用化學用語、對工藝流程的理解與條件控制、滴定應用、化學計算等，題目綜合性較大，是一道不錯的能力考查題目，要求學生具有扎實的基礎與分析、解決問題的能力，難度較大．